CN101702945B - 轮胎内置式rfid标签 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置式RFID轮胎标签。该内置式RFID轮胎标签包括天线和电路单元。天线安装在轮胎内，并且被配置成通过与自RFID阅读器传送的无线电波共振而工作，并且被配置成具有重复的波纹形状。电路单元被配置成通过利用无线电波供电而工作。天线包括一对标签辐射器。每个标签辐射器分成第一区域和第二区域。靠近电路单元的第二区域接近的波纹密度大于远离电路单元的第一区域的波纹密度。第一区域根据轮胎的旋转运动，通过波纹密度之间的差别灵活地适用于轮胎的弯曲和扭转。

Description

轮胎内置式RFID标签

技术领域

本发明涉及一种内置式(built-in)RFID轮胎标签，且更具体地，涉及一种在轮胎制造过程期间或轮胎制造过程之后安装在轮胎内的内置式RFID轮胎标签，从而不仅实现了轮胎标签在轮胎上的牢固固定，还提高了RFID阅读器(reader，读出器)的识别率。

背景技术

通常，射频识别(RFID)系统是一种非接触式识别系统，其能将小尺寸的芯片附设到各种物品上，并且利用射频来传送和处理关于物品的信息，并且包括：标签，其具有芯片和天线；以及阅读器，读取存储在芯片中的关于物品的信息。

通常地，这种RFID标签被附设到商品表面或插入到物品中。探测的成功率(识别率)根据RFID标签与RFID阅读器(其用来探测RFID标签)之间形成的角度而变化。当RFID阅读器垂直于RFID标签的平面定向时，RFID标签的探测成功率最高。相反，当RFID阅读器平行于RFID标签的平面定向时，RFID标签的探测成功率最低。因此，为了提高RFID标签的探测成功率，已经尝试了制造三维的RFID标签。但是，这存在一些问题：三维RFID标签不能安装在某些物品上，并且RFID标签自身的成本也提高了。

而且，当制造轮胎时，为了执行利用各个轮胎的批号的生产管理，或为了在用于存货管理的ERP系统中的应用，可在轮胎成型过程中将这种标签附设或安装到各个轮胎上。在这种情况下，由于硫化过程(在轮胎成型过程之后执行的过程)的恶劣制造条件下(即温度在200℃-250℃之间，而且压力大于30Bar)造成的损坏，标签的质量可能降低，因此标签可能不能发挥它们的作用。

此外，由于轮胎的旋转运动，安装在轮胎内的标签可能离开其原始位置，或者可能变形。

另外，由于轮胎的旋转运动，安装在轮胎内的标签可能会损坏。

因此，本申请旨在提出一种RFID轮胎标签，其中，通过板蚀刻(plate etching)工艺、模压成型(press molding)工艺或挤压成型(extrusion molding)工艺，将标签的天线形成波纹形状，然后将其安装在轮胎内，从而降低了由于轮胎的旋转运动所导致的变形或损坏，并提高了机械可靠性和识别成功率。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种内置式RFID轮胎标签，其安装在轮胎内，并且形成为使得电路单元和天线的每个连接区域均具有波纹形状，因此当轮胎进行旋转运动时，在旋转轮胎内的具有弹性的标签变得机械牢固和可靠。这种波纹形状可以是三角波形或圆形波形，并且天线可被加工成具有板簧结构、线簧(wire spring)结构或弹簧结构。

此外，本发明的另一目的是提供一种内置式RFID轮胎标签，其可利用天线的波纹形状来实现标签的电路单元与天线之间的阻抗匹配。

此外，本发明的另一目的是提供一种内置式RFID轮胎标签，其被配置成：在构成轮胎标签的天线内形成有多个孔，并使得构成轮胎的橡胶材料能够插入到孔中，并在对轮胎进行硫化加工时与之接合，从而使轮胎标签牢固地接合到轮胎上。

此外，本发明的另一目的是提供一种内置式RFID轮胎标签，其在轮胎制造过程(即成型过程)中或之后安装在轮胎内，从而使得轮胎的批量生产、存货和分配管理通用且有效。

此外，本发明的另一目的是提供一种RFID轮胎标签，其中，标签的天线通过板蚀刻工艺、模压成型工艺或挤压成型工艺形成为波纹形状(三角波形或圆形波形)，然后安装到轮胎上，于是不仅通过利用波纹状天线的弹性将轮胎的旋转运动对标签产生的弹性冲击降至最小，还通过将轮胎旋转运动产生的标签变形和损坏降至最小，因此提高了机械可靠性和识别成功率。

为达到上述目的，本发明提供了一种内置式RFID轮胎标签，包括：天线，安装在轮胎内，并且被配置成通过与无线电波(自RFID阅读器传送)而工作，并被配置成具有重复波纹形状；和电路单元，被配置成通过利用无线电波供电而工作；其中，天线包括一对标签辐射器(radiator)(以电路单元为基础而设置)，每个标签辐射器分成第一区域和第二区域，靠近电路单元的第二区域的波纹密度大于远离电路单元的第一区域的波纹密度，并且第一区域根据轮胎的旋转运动，通过波纹密度之间的差别而灵活地(flexibly，易弯地)适应于轮胎的弯曲和扭转。

优选地，每个标签辐射器是三角波形板簧标签、三角波形线簧标签、圆形波形板簧标签以及圆形波形线簧标签中的任一种。

优选地，标签辐射器通过板蚀刻工艺、模压成型工艺以及挤压成型工艺中的任一种工艺形成。

优选地，三角波形线簧标签和圆形波形线簧标签的长度小于60mm，且线直径为0.1mm-0.5mm，并在高于13MHz的频带下工作。

优选地，三角波形板簧标签和圆形波形板簧标签的长度小于60mm，且板厚为0.1mm-0.45mm，并在高于13MHz的频带下工作。

优选地，三角波形板簧标签和圆形波形板簧标签中的每一个均包括一个或多个孔，并且这些孔使得当对轮胎进行成型加工或硫化加工时，用来形成轮胎的材料能够插入这些孔中并且接合至孔中。

优选地，波纹形状利用波纹密度产生感抗，该感抗通过降低电路单元的容抗实现天线与电路单元之间的阻抗匹配。

可将三角波形板簧标签、三角波形线簧标签、圆形波形板簧标签以及圆形波形线簧标签配置成使得：以电路单元为基础而设置的各个标签辐射器的端部连接到一起形成闭环。

优选地，电路单元包括插入孔，这些插入孔形成在电路单元的各个端部中；并且第二区域的端部插入到相应的孔中，并向内弯曲以便被焊接到电路单元的后表面上。

RFID轮胎标签可安装在轮胎的胎肩和三角胶(apex)中的任一处，或位于轮胎的侧壁和内衬之间。

第一区域的波纹密度可与第二区域的波纹密度彼此相等。

本发明中，将构成RFID轮胎标签天线的一对标签辐射器设置成三维的，从而增大了面向应答器(transponder)和翼部(wing)的面积，因而可以提高应答器的RFID轮胎标签识别率。此外，本发明中，标签辐射器设置成三维的、实施为具有三角波形或者圆形波形，并且在轮胎成型过程期间或者在轮胎成型过程之后，在熔融并处理轮胎的硫化工艺中将标签辐射器插入轮胎中，从而当轮胎最终生产完成时，轮胎和RFID轮胎标签可牢固地彼此接合。

此外，根据相对于电路单元的位置，轮胎标签的每个辐射器分成两个区域，即，第一区域和第二区域(参见详细描述)，并且各个区域的波纹密度不同，因此可轻易地实现应答器与天线之间的阻抗匹配。在本发明的一个实施例中，将第二区域的波纹密度的重复周期设置成比第一区域的波纹密度的重复周期大，从而第二区域的标签辐射器大致地降低了电路单元的容抗，而第一区域的标签发生器细微地降低了电路单元的容抗。

附图说明

图1是示出了RFID轮胎标签的一个实施例的视图，其中，标签辐射器被实施为在各个板上具有三角波形；

图2是示出了RFID轮胎标签的另一实施例的视图，其中，标签辐射器被实施为在各个板上具有圆形波形；

图3和图4是示出了RFID轮胎标签的实施例的视图，其中，每个标签辐射器均没有分成第一区域和第二区域，且每个标签辐射器均形成为具有均匀的波纹密度；

图5是示出了图3中实施例的变型的视图；

图6是示出了图4中实施例的变型的视图；

图7是示出了图3中实施例的另一变型的视图；

图8是示出了图4中实施例的另一变型的视图；

图9是示出了RFID轮胎标签的一个实施例的视图，其中，采用板的每个标签辐射器内形成有孔，并且标签辐射器通过这些孔被牢固地接合至轮胎；

图10是示出了RFID轮胎标签的一个实施例的视图，其中，图9中的标签辐射器实施为具有圆形波形；

图11是示出了RFID轮胎标签的一个实施例的视图，其中，标签辐射器由线形成，并焊接到设置在板上的连接部；

图12是示出了RFID轮胎标签的一个实施例的视图，其类似于图11中的实施例，并且其中将标签辐射器形成为具有圆形波形；

图13是示出了RFID轮胎标签的一个实施例的视图，其中，由三角波形的板形成的各个标签辐射器的端部连接到一起，以形成闭环；

图14是示出了RFID轮胎标签的一个实施例的视图，其中，由圆形波形的板形成的各个标签辐射器的端部连接到一起，以形成闭环；

图15是示出了RFID轮胎标签的一个实施例的视图，其中，图17中的标签辐射器被弯曲90度；以及

图16和图17是RFID轮胎标签的实施例，其中，标签辐射器的端部连接到一起形成闭环，因此这些标签辐射器的端部更机械地固定。

对主要部件的参考标号的描述：

101～110，113，115～117，120～123，125～128，131，132，135，136，140～146：标签辐射器

105a，111：板

122a，122b，122c，125a，125b，125c，137：孔

138，119：板

139：标签辐射器端部的连接区域

111a，111b：孔

118，122，124，130：标签辐射器的端部

129，133：导电板

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明。

图1示出了根据本发明一个实施例的RFID轮胎标签。

图中所示的RFID轮胎标签包括电路单元和一对标签辐射器101、102，这对标签辐射器被配置成能够与由外部应答器(未示出)传送的无线电波共振。电路单元包括用于存储有关物理特性信息(如轮胎的气压和温度)的电路芯片(未示出)，并通过焊接接合到导电板上。

当外部应答器(未示出)请求来自RFID标签的有关轮胎的物理特性的信息时，电路单元利用由外部应答器提供的无线电波作为电源，并将存储在电路单元中的信息通过标签辐射器101、102传输给应答器。因此，电路单元包括供电电路(feed circuit)，其用于整流通过设有标签辐射器101、102的天线所接收到的无线电波，并使用经过整流的无线电波作为电源。

每个标签辐射器形成为偶极结构，并且形成为具有在由应答器传送的无线电波频率下的长度λ/2。因此，标签辐射器101、102的长度为λ/4，并且在结构上关于电路单元对称。

通过在金属线上进行弯曲工艺、板蚀刻工艺、模压成型工艺或挤压成型工艺来形成图中所示的标签辐射器101、102。形成标签辐射器的方法应用于所有其他实施例(随后将要描述)和本实施例。

图中，构成天线的每个标签辐射器101、102具有波纹形状。靠近电路单元的区域具有相对高的波纹重复周期。因此，当轮胎转动时，远离电路单元的第一区域在圆形轮胎的转动方向上弯曲，而靠近电路单元的第二区域保护机械最弱电路单元。每个标签辐射器101、102具有波纹形状，因此基本具有弹性，并使用线或窄板来实施。图中示出了使用线的标签辐射器101、102。在使用窄板来实施标签辐射器101、102的情况下，其优点是：由于轮胎的转动或扭转而产生的力造成的标签辐射器101、102的变形可降至最小，但是，对来自外部应答器的请求的响应度降低。为解决此问题，标签辐射器101、102形成为三角波形，从而将与外部应答器的接触面积最大化。在这种情况下，根据与外部应答器通信的频率来确定波纹状的标签辐射器101、102的整个长度。在与外部应答器通信的频率为13MHz的情况下，波纹状的标签辐射器(例如，参考标号101)的长度一定不能超过60mm，这是因为根据本实施例的天线是偶极天线。同时，标签辐射器101、102和电路单元通过焊接彼此接合，且第二区域在电路单元的板的平面方向上接合至电路单元。尽管图中没有清楚地示出，但电路单元和标签辐射器101是彼此电连接的。此外，电路单元和标签辐射器101可使用单独的电线连接，或者通过焊接标签辐射器101的第二区域和电路单元而电连接。

由于上述结构，标签辐射器101、102的长度可缩短。当RFID轮胎标签在轮胎成型过程期间或轮胎成型过程之后插入轮胎，并随后将轮胎硫化后，三角波形的标签辐射器101、102可以类似于齿轮接合的方式与轮胎的橡胶材料接合。

图中，标签辐射器101、102因波纹形状而具有感抗。电路单元通过利用感抗降低容抗来实现阻抗匹配。此处，第二区域中的重复周期大于第一区域中的重复周期，因此，第二区域中的标签辐射器大致地降低了电路单元的容抗，但第一区域中的标签辐射器细微地降低了电路单元的容抗。在这种情况下，优选地，第一区域中的标签辐射器和第二区域中的标签辐射器使用厚度为0.1mm-0.45mm的板形成，并且它们可由磷和青铜的合金-磷青铜制成。磷青铜这种材料具有优异的弹性和挠性，因此，当标签辐射器用厚度为0.1mm-0.45mm的磷青铜制成时，其在轮胎中不会断裂，并且在轮胎转动的方向上能充分弯曲。当标签辐射器101、102使用线形成时，优选地，每一个标签辐射器101、102的直径为0.1mm-0.5mm。为使所有的板和线能在高于13MHz的频带下工作，优选地，每一个标签辐射器101、102的长度小于60mm。上述板的厚度、线的直径以及频率特性都应用于所有的实施例，将在随后描述这些实施例，且将省略重复描述。

同时，当轮胎转动时，对于轮胎运动的耐久性最差的部分是几乎完全不可弯曲的电路单元。在第一区域中的标签辐射器连接到电路单元不改变的情况下，第一区域和电路单元之间在弹性上产生过大的差别，因此，当轮胎转动时，RFID轮胎标签有损坏的风险。因此，比电路单元和第一区域的弹性高的第二区域设置在第一区域和电路单元之间，于是电路单元和第一区域可易弯地彼此连接。

图2示出了根据本发明另一实施例的RFID轮胎标签。

图2中所示的RFID轮胎标签与图1中所示的RFID轮胎标签相似，但是与图1中所示的RFID轮胎标签的区别在于，标签辐射器103、104具有圆形波形。当标签辐射器103、104形成为圆形波形时，与图1中所示的三角波形不同，标签辐射器103、104没有棱角部，因此，可以降低对RFID轮胎标签的损害。

图3和图4示出了根据本发明的RFID轮胎标签的实施例。

首先，图3中的RFID轮胎标签与上述图1中所示RFID轮胎标签相似，但是与图1的RFID轮胎标签的区别在于，没有分成第一区域和第二区域，且标签辐射器105、106的波纹密度均匀且相同。

同时，图3所示的标签辐射器105、106，该三角波形的标签辐射器的端部105c插入到形成在板105a上的相应孔105b中，并且是弯曲的。端部105c相对于板105a弯曲，然后通过焊接接合到板105a上，从而标签辐射器105、106可牢固地固定到板105a上。

图4的RFID轮胎标签是通过使图2中所示的标签辐射器103、104具有均匀的波纹密度并具有与参照图3所描述特性相同的特性来实施的。此处，标签辐射器107、108为圆形波形。

图5示出了图3的实施例的变型，而图6示出了图4的实施例的变型。

首先，图5中所示的标签辐射器109、110的端部(例如，参考标号113)垂直地插入形成在板上的孔111a、111b中。在这种状态下，标签辐射器109、110的端部(例如，参考标号113)通过焊接接合到板上。尽管与图4相比，标签辐射器109、110与板之间的接合程度稍微减小，上述接合的优点在于制造工艺简单。以同样的方式，图6所示的标签辐射器114、115被更牢固地接合到板上。

图7示出了图3的实施例的另一变型，而图8示出了图4的实施例的另一变型。

首先，图7示出了标签辐射器116的端部118被平行焊接到板119上。图8示出了具有圆形极化波形的标签辐射器120、121的端部(例如，参考标号122)被平行焊接到板上。在如图7和图8所示的实施例中，标签辐射器116、117、120以及121不需要额外的工艺(如弯曲)就焊接到板上。

图9示出了根据本发明另一实施例的RFID轮胎标签。

图中所示的RFID轮胎标签与结合图8所述的实施例相似。此处，形成穿过标签辐射器表面的孔122a、122b及122c，该标签辐射器由板形成并与轮胎材料接合，因此可增加轮胎与RFID轮胎标签之间的接合程度。在构成轮胎的主要材料-橡胶在硫化过程中完全硫化之前，将根据本实施例的RFID轮胎标签插入轮胎中，然后软橡胶(其构成RFID轮胎标签)在穿过孔122a、122b及122c后硫化。因此，RFID轮胎标签不能在轮胎中移动。图中，各个标签辐射器的端部124平行于板设置。

图10示出了图9中的实施例的变型。

图中所示的RFID轮胎标签与结合图9描述的RFID轮胎标签相似，但与图9中的RFID轮胎标签的区别在于，板具有圆形波形。由于除了标签辐射器125、126具有圆形波形外，图10的实施例与图9的实施例相同，所以省略重复描述。

如上所述，已经结合图1至图10描述了用板形成的RFID轮胎标签的标签辐射器。即使当外部应答器沿板平面的方向或沿板侧面的方向发送无线电波时，每个板都有很好的响应。而且，当在每个板的表面形成孔，并且当每个RFID轮胎标签通过孔与轮胎用橡胶材料接合时，RFID轮胎标签与轮胎可以牢固地彼此接合。反之，当标签辐射器由板形成时，使用板的标签辐射器的抗压特性可能会比使用线的标签辐射器的抗压特性差。

为解决这个问题，可由线形成标签辐射器。将参考图11、图12、图16及图17描述这一点。

图11示出了RFID轮胎标签的一个实施例，其中，标签辐射器127、128由线制成，并被焊接到设在板上的导电板129上。

图12示出了RFID轮胎标签的一个实施例，其类似于图11的实施例，并且其中，标签辐射器131、132具有圆形波形。

图13示出了RFID轮胎标签的一个实施例，其中，由具有三角波形的板形成的各个标签辐射器143、144的端部H、I连接在一起形成闭环。

图14示出了RFID轮胎标签的一个实施例，其中，由具有圆形波形的板形成的各个标签辐射器145、146的端部J、K连接在一起形成闭环。

首先，在图11所示的实施例中，当从侧面看标签辐射器127和电路单元时，它们呈直线形状。当标签辐射器127和电路单元形成具有直线形状时，进行插入，以使电路单元的平面方向平行于轮胎与路面彼此接触的平面的方向。标签辐射器127的端部130位于导电板129上并被焊接到上面。因此，整个RFID轮胎标签承受来自路面的均匀压力，从而提高了RFID轮胎标签的机械稳定性。这以同样的方式应用在图12的实施例中，也同样应用在图16和图17所示的实施例中。此处，尽管图11和图12所示的标签辐射器127、128、131和132被描述成平行连接到导电板129、133上，但是标签辐射器127和导电板129可以如图3和图6所示的以弯曲的方式连接。这种应用以同样的方式应用在所有其他实施例以及本实施例。图12中，标签辐射器的端部134平行于导电板133而设置，并通过焊接接合至电路单元。

同时，图16是RFID轮胎标签的一个实施例，其中，标签辐射器143、144的端部H、I连接在一起形成闭环，因此，标签辐射器143、144的端部变得更加机械牢固。

图16中，标签辐射器的端部H、I连接在一起形成闭环，因而具有机械牢固性能。在标签辐射器143、144的端部形成开环的情况下，当轮胎转动或扭转时，标签辐射器143、144的端部可能很容易被轮胎施加的外力损坏。但是，这可通过将标签辐射器143、144的端部相互接合而避免。由于除了标签辐射器145、146具有圆形波形外，图17的实施例与图16的实施例相似，因此省略了重复描述。图14和图15示出了图16和图17中的标签辐射器弯曲90度的情况。

同时，优选地，形成在图1至图17中每一个电路单元上的孔形成在每个电路单元的相应端部处。围绕孔形成金属表面以便于焊接。

结合图1至图17描述的RFID轮胎标签可安装在轮胎的胎肩和三角胶中的任一处，或位于轮胎的侧壁与内衬之间，这些位置如图18所示。

尽管参照附图描述了本发明的实施例，但是本发明的范围不应解释为由上述实施例来限定，而是应由权利要求书中所描述的细节决定。

Claims (10)

1.一种内置式RFID轮胎标签，包括：

天线，安装在轮胎内，并且被配置成通过与自RFID阅读器传送的无线电波共振而工作，并被配置成具有重复的波纹形状；以及

电路单元，被配置成通过利用所述无线电波供电而工作；

其中，所述天线包括以所述电路单元为基础而设置的一对标签辐射器，每个所述标签辐射器分成第一区域和第二区域，

靠近所述电路单元的所述第二区域的波纹密度大于远离所述电路单元的所述第一区域的波纹密度，并且

所述第一区域根据所述轮胎的旋转运动，通过上述波纹密度之间的差别而灵活地适应于所述轮胎的弯曲和扭转。

2.根据权利要求1所述的内置式RFID轮胎标签，其中，每个所述标签辐射器是三角波形板簧标签、三角波形线簧标签、圆形波形板簧标签以及圆形波形线簧标签中的任一种。

3.根据权利要求2所述的内置式RFID轮胎标签，其中，所述标签辐射器通过板蚀刻工艺、模压成型工艺以及挤压成型工艺中的任一种工艺形成。

4.根据权利要求2所述的内置式RFID轮胎标签，其中，所述三角波形线簧标签和所述圆形波形线簧标签的长度小于60mm，且线直径为0.1mm-0.5mm，并在高于13MHz的频带下工作。

5.根据权利要求2所述的内置式RFID轮胎标签，其中，所述三角波形板簧标签和所述圆形波形板簧标签的长度小于60mm，且板厚为0.1mm-0.45mm，并在高于13MHz的频带下工作。

6.根据权利要求2所述的内置式RFID轮胎标签，其中，所述三角波形板簧标签和所述圆形波形板簧标签中的每一个均包括一个或多个孔，并且所述孔使得在对所述轮胎进行成型加工或硫化加工时，用来形成所述轮胎的材料能够插入所述孔中并且接合至所述孔。

7.根据权利要求1所述的内置式RFID轮胎标签，其中，所述波纹形状利用波纹密度产生感抗，所述感抗通过降低所述电路单元的容抗实现所述天线与所述电路单元之间的阻抗匹配。

8.根据权利要求2所述的内置式RFID轮胎标签，其中，所述三角波形板簧标签、所述三角波形线簧标签、所述圆形波形板簧标签以及所述圆形波形线簧标签被配置成使得：以所述电路单元为基础而设置的各个标签辐射器的端部连接到一起形成闭环。

9.根据权利要求1所述的内置式RFID轮胎标签，其中：

所述电路单元包括形成在所述电路单元的各个端部中的插入孔；并且

所述第二区域的端部插入到相应的孔中，并向内弯曲以便被焊接至所述电路单元的后表面。

10.根据权利要求1所述的内置式RFID轮胎标签，其中，所述RFID轮胎标签安装在所述轮胎的胎肩和三角胶中的任一处，或安装在所述轮胎的侧壁和内衬之间。

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